PDF《应用 CPLD 和DSP的人机接口模块设计》

仪器仪表 /检测 /监控 现代制造工程 2007年第 2期 应用 CPLD和DSP的人机接口模块设计 冯志强 (大连理工大学机械工程学院现代制造所 ,大连 116023) 摘要 :介绍一种基于 CPLD和TMS320LF2407A型DSP的人机接口模块应用系统 ,这种系统在新型路面剪切实验机上得 到了较好的应用 ,能够很好地实现数据采集、 电动机调速等目的.

以CPLD为桥梁 ,实现快速 DSP和慢速外设的接口模 块设计 ,并给出其硬件电路原理图. 关键词 : DSP;

人机接口 ;

CPLD 中图分类号 : TP274 文献标识码 : B 文章编号 : 1671―3133 (2007) 02―0103―03 The design about human com puter interface m odule based on the CPLD and DSP Feng Zhi2qiang ( Institute of Advanced manufacturing Technology, School ofMechanical & Engineering of Dalian University of Technology,Dalian 116023, CHN) Abstract: Presents a human computer interface module design based on the CPLD and DSP, this system have achieved good per2 for mance in the new pattern road direct shearmachine, it can easily get the aim for data acquire and motor tim ing . W ith the CPLD as a bridge, it achieves the interface module between the fast DSP and slow peripheral equipments, and then introduces its hard2 ware circuit schematic. Key words:DSP;

Human computer interface;

CPLD

0 引言 路面剪切实验机是用于测量路面结构层与路面 层之间剪切力的一种试验仪器 ,市面已有的成熟产 品 ,大多以单片机为控制核心器件 ,无法实现精确测 量的目的.DSP作为新型控制器 ,早已有很多成熟的 应用 ,尤其是其中的 LF2407A特别适合电动机控制并 能实现数据采集等功能. 数字信号处理器 (D igital Signal Processor, DSP)是 一种具有特殊结构的微处理器.DSP芯片内部采用程 序和数据分开的哈佛结构 ,具有专门的硬件乘法器 , 采用多级流水线操作 ,提供特殊的 DSP指令 ,用来快 速实现各种数字信号处理算法. T MS320LF2407A (以 下简称 2407A)是美国德州仪器 ( TI)公司生产的一款 应用于控制领域的高性能定点 DSP芯片 ,是TI2000系列DSP中应用较成熟的一款 ,内核为 16位的定点 DSP CPU,具有低成本、 低功耗、 高速运算能力 ,采用高性能 静态 CMOS技术 ,供电电压为 313V,指令周期可达 25ns,片内集成了多种外设模块及存储器 ,构成了真正 的单芯片控制器 ,具有很高的性价比.在工业自动化领 域已经得到了广泛的应用 ,如电动机数字化控制、 测控 仪表、 运动控制. 复杂可编程逻辑器件 (Complex Progremmable Log2 ic Device, CPLD)是在传统的 PAL、 GAL基础上发展而 来的 ,具有多种工作方式高度集成、 高速、 高可靠性等 明显的特点 ,在超高速领域和实时测控方面有非常广 泛的应用.用户可以根据自己需要 ,设计构造其逻辑 功能 ,实现硬件设计的软件化.CPLD 具有丰富的可 编程 I/O 引脚 ,具有在系统可编程、 使用方便灵活的 特点.近年来 , CPLD 器件成本不断下降 ,集成密度、 速度和性能大幅度提高 ,一个芯片就可以实现一个复 杂的数字电路系统 ,再加上使用方便的开发工具 ,使用CPLD器件可以极大地缩短产品开发周期 ,给设计、 修改带来很大方便.

1 CPLD 的选择及其扩展模块的设计 CPLD的设计主要是利用 CPLD对键盘、 液晶和各 种状态指示灯进行控制.由于 T MS320LF2407A 的I/

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1 现代制造工程 2007年第 2期 仪器仪表 /检测 /监控 O管脚和各种特殊功能是复用的 ,如果将键盘、 LCD显 示以及各种状态指示灯直接和 DSP相连 ,这将造成它 的极大浪费 ,所以本文在它们中间用 CPLD作为桥梁. 另一原因是键盘和 LCD 显示是在一个相对较低 的速度下实现的 ,这对于高速数据处理的 DSP来说是 无法接受的 ,本文设计的主要用意是 :对于 LCD显示 , 将DSP中的数据发送到 CPLD,然后 DSP去做其他的 事情 ,而后续显示的任务由 CPLD 完成 , CPLD 将在 LCD允许的速度下对其进行操作即可达到显示目的. 对于键盘 ,在完成键盘的各种处理后通过中断来通知 DSP,然后 DSP进行取数操作 ,这样并不会影响到整个 系统的运行速度. 由于 T MS320LF2407A 是313V 电平供电的 ,所以 CPLD也选择 313V 电平供电的 XL 型号.XC95144XL 是Xilinx公司 XC9500系列的一种 ,性能指标为 : I/O口 可配置为 313V或5V操作 ;